大型电机轴承箱振动异常问题分析及处理

中国石油天然气第七建设有限公司 山东青岛 266300

1 引言

某石化厂的往复式压缩机组，其配套主电机功率为7200kW、转速为333r/min，采用可倾瓦滑动轴承。电机在单机试运过程中运转平稳，各项检测数据均为理想状态（振速0.2mm/s、振幅1μm）。电机带动压缩机空负荷试运过程中发现电机驱动端轴承箱振动异常剧烈，振动肉眼可见并带动润滑油管线振动，使用手持式测振仪已无法准确测量出振动幅值、振速和振动加速度。电机异常振动严重影响机组的稳定运行，给以后机组的正常运行埋下巨大安全隐患。本文对电机轴承箱异常振动问题进行了总结，并详细阐述了异常振动问题的分析及处理过程，为同行在以后处理类似问题提供参考。

2 压缩机机组电机振动的成因及危害

2.1 电机振动的成因

电机由本体、底座、基础及其所驱动的负载一同构成一个机械系统。电机内部存在定子和转子之间的电磁力，输入端受到的扭转冲击，以及输出端受到的扭力，造成定子铁芯、定子绕组、基座、转子及轴承等部件以其固有频率自由振动，以及数种频率组合的强迫振动。具体可分为下列几种情况：

（1）电机转子、定子自身缺陷；

（2）电机底座结构特性；

（3）轴承装配间隙超标；

（4）压缩机与电机同轴度偏差过大；

（5）压缩机侧负荷冲击。

2.2 电机振动的危害

电机在运转过程中会发生不同程度的振动，振动对电机的危害主要体现在以下几个方面：

（1）消耗能量，降低电动机效率；

（2）损伤电机及压缩机轴承，加速轴承的磨损，使轴承正常使用寿命大大缩减；

（3）使基础或与电机配套的其他设备运转受到影响，造成某些零件松动，甚至使一些零件因疲劳而损伤，造成事故；

（4）使转子铁芯松动，造成定子和转子互相摩擦，从而导致电机转子弯曲、断裂；

（5）使电机绕组相互摩擦，绝缘电阻降低，绝缘寿命缩短，严重时造成绝缘击穿。

3 电机轴承箱异常振动问题分析及处理方案

3.1 电机与压缩机同轴度偏差过大

3.1.1 振动产生原因

电机与压缩机同轴度偏差过大，致使电机在驱动压缩机运转过程中，压缩机曲轴与电机转子之间产生过大的轴向和径向干扰力，干扰力通过轴承作用于轴承箱，造成电机轴承箱振动异常。

3.1.2 检查、处理方案

复测电机与压缩机的同轴度。经现场复测同轴度数据为径向最大值为0.02mm、轴向最大值为0.03mm。随机文件中规定机组同轴度允许安装偏差为径向0.03mm、轴向0.05mm，实际安装数值满足机组稳定运行要求。确认轴承箱异常振动并非由同轴度偏差造成。

3.2 飞轮未做静平衡或静平衡实验不合格

3.2.1 振动产生原因

飞轮未做静平衡或静平衡实验不合格，使飞轮随压缩机运转过程中产生振动，通过电机转子作用到轴承箱处，最终导致轴承箱振动异常。

3.2.2 检查、处理方案

查看压缩机随机文件，确认飞轮静平衡检测报告为合格。结合现场观察结果（飞轮上有平衡孔），排除飞轮未做静平衡的可能。

3.3 垫铁规格及布置不合理

3.3.1 振动产生原因

垫铁尺寸规格过小或布置位置和间距不合理可能导致振动的产生。主要表现在：尺寸过小的垫铁未能有效支撑电机底座承重筋板或主要承重面；垫铁布置间距过大，电机底座产生过大变形。

3.3.2 检查、处理方案

综合电机质量（73700kg）、混凝土规格（C30）无收缩灌浆料、电机底座尺寸、地脚螺栓分布、地脚螺栓距电机底座边缘距离、电机轴承箱，以及转子、定子质量及重心分布等影响因素，设计垫铁布置位置和垫铁规格。确定使用L300mm×b150mm×h20mm的常规平垫铁和L300mm×b150mm×h20mm×a10mm×c8mm规格的斜垫铁（规格尺寸详见图1），单台电机放置28组垫铁（垫铁布置位置详见图2）。

图1 电机垫铁规格图

图2 电机垫铁布置图

通过理论计算对垫铁的最小面积进行验证，垫铁选用符合设计及规范要求，能够满足电机正常平稳运转的要求。

3.4 调整轴瓦瓦背过盈量

3.4.1 振动产生原因

通过对比施工期间的安装记录发现，电机驱动端轴承箱轴瓦瓦背与轴承箱上盖的间隙为0.02 mm，安装时就此问题咨询过厂家服务人员，厂家给出了证明材料，安装要求为±0.05mm。因此，轴承箱的轴瓦安装时出现过盈0.05mm或者间隙0.05mm都是符合厂家技术要求的。

3.4.2 检查、处理方案

在电机驱动端轴瓦瓦口处加0.05mm的垫片调整过盈量，调整后过盈为0.02mm，轴瓦顶间隙增加0.02mm。

轴瓦过盈量调整后再次开机，此时测得的数据为：轴承箱上盖处振速1.0mm/s、振幅32μm，底座上板面振速0.7mm/s、振幅25μm，振动现象有了明显改变。此时的振动值虽然没有超出厂家的设计值（振速2.8mm/s、振幅70μm），但与电机在进行单机试运时的数据比较还是明显偏高。由此可见，电机驱动端轴承箱上盖与轴瓦存在间隙不是引起轴承箱剧烈振动的绝对因素。

3.5 电机底座加固

3.5.1 振动产生原因

电机底座结构刚度不够也会导致振动产生。从底座的整体结构来看，强度方面没有什么问题，但由于底座顶面采用20mm厚度的钢板，支撑筋板使用30mm厚度的钢板（布置示意图见图3），整个底座略显单薄，刚度方面可能会存在问题。轴承箱固定螺栓在底座上的位置为两筋板的空当处，同时轴承箱下方的支撑筋板略少，在电机转子、轴承箱自重作用下底座可能会产生弹性变形。电机运转过程中产生动载荷使底座发生一定的振动幅度，动载荷频率与电机固有频率相近时，产生共振，两种变形量叠加导致转子倾斜。在定子磁场和压缩机作用下，转子受到轴向和径向作用力，最终导致电机轴承箱发生异常振动。

图3 底座结构图

3.5.2 检查、处理方案

局部强化电机底座的刚度。具体操作为：在轴承箱下方的底座增加4组厚度为36mm的加强筋板后，再次启动压缩机组，检测电机轴承箱振动情况。

3.5.3 试车结果

在增加支撑筋板数量、调整轴瓦过盈量后，电机驱动端轴承箱垂直、水平、端面3个方向最大振速为0.5mm/s、最大为振幅15μm，不仅符合厂家设计要求，而且达到了较为理想的状态。最终确认诱发振动的主要因素为电机驱动端轴瓦装配间隙过大和电机底座刚度偏低（见图4）。

图4 振动因素调整前后对比图

4 结束语

通过分析、处理压缩机组电机轴承箱振动问题，可知引起电机振动的因素很多。从电机的生产制造、安装过程和最终的带负荷运行，其中任何一个环节出现问题都可能造成电机的振动。一旦发现电机振动问题，应结合设备现场实际，逐条分析、处理设备自身结构以及安装、运行可能存在的问题，查找并确定电机振动的真正原因，有针对性地制定维修处理方案。